Misura automatica della qualità del cielo notturno

Per chi è impegnato nell’astronomia, la qualità del cielo notturno è un parametro con il quale di solito si devono fare i conti. Nel corso degli anni, il cielo è diventato un problema crescente per le attività di astronomi dilettanti e professionisti.
C’è uno strumento che è il più utilizzato per la misurazione della qualità del cielo: lo “Sky Quality Meter” di Unihedron. Questo dispositivo hardware (fondamentalmente un fotometro) è disponibile con diverse interfacce, che permettono varie opzioni per il collegamento a un computer:

  • Interfaccia RS232
  • Interfaccia USB
  • Interfaccia Ethernet (SQM-LE)

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Sky Quality Meter – LE

Molte organizzazioni nel mondo centralizzano le misure per monitorare il fenomeno e studiarne l’andamento in funzione di aspetti climatici e ambientali. Per questo, nello scorso agosto, all’Oservatorio “F. Fuligni” abbiamo implementato una stazione automatica basata su Raspberry Pi con la quale facciamo misurazioni del buio. L’idea è quella di avere un computer 24hx7 con un SQM-LE collegato in rete per collezionare i dati su un sito in cloud. Il costo, le dimensioni e il consumo elettrico sono aspetti importanti di questo computer e per questo una stazione basata su Raspberry Pi diventa una soluzione interessante.

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Raspberry Pi

La stazione automatica ha queste peculiarità:

  • Piccole dimensioni e un basso consumo energetico
  • Il software funziona senza interazione umana
  • La stazione deve essere robusta: il recupero da un eventuale disservizio temporaneo della rete elettrica o della rete dati è automatico (nei limiti del possibile)
  • I dati sono archiviati su un server remoto, accessibile da chiunque
  • La stazione comunica le informazioni amministrative, come il ripristino o qualsiasi problema rilevato attraverso l’invio automatico di email
  • Il sistema è accessibile da remoto per la manutenzione e configurazione: il protocollo SSH e il reindirizzamento della porta IP del router si sono dimostrati utili nella realizzazione di queste funzionalità

Abbiamo usato componenti software Open Source, principalmente basati sul linguaggio Python e Shell Script di Linux. PySQM è il cuore del sistema. È stato sviluppato presso il centro “Extragalactic Astrophysics and Astronomical Instrumentation group of the Universidad Complutense de Madrid” da Mireia Nievas (UCM) con l’inestimabile contributo di Jaime Zamorano (UCM), Laura Barbas (OAN) & Pablo de Vicente (OAN). L’adattamento su Rasberry Pi è stato sviluppato da Rubén Díez Lázaro e il prototipo è stato ottimizzato presso l’Osservatorio Astronomico di Forcarei (OAF).

 

SKY QUALITY METER – DEFINIZIONI

Lo strumento SQM-LE fornisce letture in magnitudini per secondo d’arco quadrato, abbreviato in: mpsas (o più comunemente SQM), e scritto matematicamente come:

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La magnitudine, e quindi mpsas, è una misura logaritmica il che significa che grandi cambiamenti di luminosità del cielo corrispondono a una variazione relativamente piccola del valore numerico SQM.

Una differenza di 5 magnitudini equivale a un fattore di 100 volte l’intensità. In altre parole una luminosità del cielo 5.0 mag/arcsec2 corrisponde ad una riduzione del tasso di arrivo dei fotoni di un fattore 100.
Il seguente schema dà una vaga idea di come interpretare le letture del valore SQM:

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La magnitudine apparente è un’unità di misura astronomica per la luminosità degli oggetti nel cielo. Gli oggetti più luminosi hanno una grandezza inferiore e oggetti flebili hanno un valore di grandezza superiore. Per esempio; una stella che è di 6a magnitudine è più luminosa di una stella che è di 11amagnitudine.

La stella Vega viene utilizzata come punto di riferimento di una grandezza ≈ 0. La tabella seguente mostra la magnitudine apparente di alcuni oggetti celesti noti.

mag apparente

Oggetto astronomico
-26,73 Sole
-12,6 Luna piena
-4,7 Massima luminosità di Venere
0,03 Vega (riferimento 0)
6 Stelle più deboli osservabili ad occhio nudo
27 Stelle più deboli osservabili con telescopio terrestre da 8m di diametro
30 Stelle più deboli osservabili con Hubble Space Telescope

L’arcsecondo è la definizione di un arco ed è suddiviso in secondi come segue:

  1. Ci sono 360 gradi in un cerchio
  2. Ci sono 60 minuti d’arco in un grado e 21600 minuti d’arco in un cerchio
  3. Ci sono 60 secondi d’arco in un minuto d’arco, e 1296000 secondi d’arco in un cerchio

Il secondo d’arco quadrato (arcsec2) è l’area coperta da un quadrato di 1 secondo d’arco per 1 secondo d’arco.
La magnitudine per secondo d’arco quadrato è la definizione di luminosità della grandezza distribuita su un secondo d’arco quadrato del cielo. Per esempio; se lo strumento SQM fornisce una lettura di 20,00 mpsas, sarebbe come dire che la luminosità di una stella di ventesima magnitudine è stata distribuita su un secondo d’arco quadrato del cielo.
I valori di “grandezze per secondo d’arco quadrato” sono comunemente usati in astronomia per misurare la luminosità del cielo. Maggiori dettagli possono essere trovati su “Radiometry and photometry in astronomy“.
Ogni grandezza inferiore (numericamente) significa poco più di 2,5 volte maggiore di luce proviene da una determinata porzione di cielo. Una variazione di 5 mpsas significa che il cielo è 100x più luminoso.
Inoltre, una lettura superiore a 22,0 è improbabile che possa essere registrata e la più oscura che qualcuno ha sperimentato con lo SMQ, in zone molto remote, è 21,80.

Vladimiro Ercolino
Sezione Inquinamento Luminoso

 

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